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中學又白學了?美科學家創造穩定半合成有機體,打破DNA結構框架

4月
25
2018

2018年4月25日01時 今日科學 環球科學大觀

環球科學大觀

科學的眼光觀世界 富有的思維察明理

中學課本講到,構成地球上絕大多數生命物質的DNA由四種基本脫氧核苷酸為單位排列組成。不過,最近美國研究人員擴大了DNA構建模塊,使用了六種脫氧核苷酸創造一個穩定的半合成有機體,創造出對自然界來說全新的生物化合物!可謂顛覆之舉。

半合成生物(SSO)是由美國加利福尼亞斯研究所的一個團隊設計的。除四種常規鹼基腺嘌呤(A)、胞嘧啶(C)、鳥嘌呤(G)、胸腺嘧啶(T)外,它有兩個非自然鹼基對X和Y,起到類似於梯子的梯級作用,把DNA螺旋鏈緊緊栓在一起。

早在2014,該研究小組就對這種合成的DNA鹼基對進行了設計,並證明了其併入大腸桿菌的可行性。科學家們創造了第一個活的生命體,在其DNA序列中插入了額外的鹼基對,給了它一個擴展的遺傳密碼。不過,這其中存在穩定性問題,雖然半合成生物可以保留其非自然核苷酸,但不能在細胞分裂期間無限期地維持。

你的基因組一定要伴隨你一生,並保持穩定,如果半合成生物真的是一個有機體,它必須能夠隨著分裂的進行穩定地保留這些信息。

為尋求解決方法,團隊設計了一種半合成有機體成功保留了非天然X和Y鹼基對。科學家使用CRISPR-Cas9優化了Y分子,以便更好的實現DNA複製。最終在今年1月份公布稱,使用擴展的6個鹼基對的遺傳密碼成功構建出第一個穩定的有機體。

隨著研究的深入,該研究小組最近進一步改進了這種分子穩定性,用半合成細菌可以轉錄和翻譯非天然的X和Y核苷酸,其效率與天然的A、C、G和T核苷酸相同。通過新的轉錄過程,生物體可以合成含有非天然核苷酸的蛋白質,且該過程可以闡明複製分子的新方法,而不依賴於氫鍵。

穩定地將非自然鹼基對(UBP)結合在一起產生了我們在自然界從未見過的新一代半合成蛋白質。這項研究主要關注了兩個非天然密碼的解碼,但是絕不可能僅限於這兩個密碼。這很可能只是半合成生物的一種新形式,我們能夠獲得天然生物體無法獲得的廣泛形式和功能。

很明顯,地球上生命的複雜性向前邁進了一大步。


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